Sondas Van Allen

Las Sondas Van Allen , anteriormente conocidas como Sondas de Tormenta del Cinturón de Radiación ( RBSP ), ^{[ 1 ]} son ​​dos naves espaciales robóticas que se utilizaron para estudiar los cinturones de radiación de Van Allen que rodean la Tierra. La NASA llevó a cabo la misión de las Sondas Van Allen como parte del programa Vivir con una Estrella . ^{[ 2 ]} Comprender el entorno del cinturón de radiación y su variabilidad tiene aplicaciones prácticas en las áreas de operaciones de naves espaciales, diseño de sistemas de naves espaciales, planificación de misiones y seguridad de los astronautas. ^{[ 3 ]} Las sondas se lanzaron el 30 de agosto de 2012 y operaron durante siete años. Ambas naves espaciales se desactivaron en 2019 cuando se quedaron sin combustible. La Sonda A salió de órbita el 11 de marzo de 2026, mientras que la Sonda B no saldrá de órbita hasta principios de la década de 2030. ^{[ 4 ]}

El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA gestiona el programa general " Vivir con una Estrella", del cual RBSP es un proyecto, junto con el Observatorio de Dinámica Solar (SDO). El Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins fue responsable de la implementación general y la gestión de los instrumentos de RBSP. La misión principal estaba programada para durar 2 años, con consumibles que se esperaba que duraran 4 años. La misión principal se planeó para durar solo 2 años debido a la gran preocupación sobre si la electrónica del satélite sobreviviría al entorno de radiación hostil en los cinturones de radiación durante un período prolongado. Cuando la misión terminó después de 7 años, no fue por una falla electrónica, sino por agotamiento del combustible. Esto demostró la resiliencia de la electrónica de la nave espacial. La longevidad de la nave espacial en los cinturones de radiación se consideró un desempeño récord para satélites en términos de resiliencia a la radiación. ^{[ 5 ]}

La nave espacial trabajó en estrecha colaboración con el Balloon Array for RBSP Relativistic Electron Losses (BARREL), que puede medir partículas que se escapan de los cinturones y llegan hasta la atmósfera terrestre. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

El Laboratorio de Física Aplicada gestionó, construyó y operó las sondas Van Allen para la NASA.

Las sondas llevan el nombre de James Van Allen , el descubridor de los cinturones de radiación que estudiaron. ^{[ 5 ]}

Vehículo de lanzamiento

El 16 de marzo de 2009, United Launch Alliance (ULA) anunció que la NASA le había adjudicado un contrato para lanzar el RSBP utilizando un cohete Atlas V 401. ^{[ 10 ]} La NASA retrasó el lanzamiento mientras contaba los cuatro minutos restantes en la madrugada del 23 de agosto. Después de que el mal tiempo impidiera el lanzamiento el 24 de agosto, y tras un nuevo retraso preventivo para proteger el cohete y los satélites del huracán Isaac , el despegue tuvo lugar el 30 de agosto de 2012 a las 4:05 AM EDT. ^{[ 11 ]}

Los cinturones de radiación de Van Allen se expanden y contraen con el tiempo como parte de un sistema meteorológico espacial mucho más amplio, impulsado por la energía y la materia que emanan de la superficie del Sol y llenan todo el Sistema Solar . El clima espacial es la fuente de las auroras que brillan en el cielo nocturno, pero también puede perturbar los satélites, causar fallas en la red eléctrica e interrumpir las comunicaciones GPS . Las sondas Van Allen se construyeron para ayudar a los científicos a comprender esta región y a diseñar mejor naves espaciales que puedan sobrevivir a las inclemencias del espacio exterior . ^{[ 2 ]} La misión tenía como objetivo profundizar la comprensión científica de cómo se forman o cambian las poblaciones de electrones e iones relativistas en el espacio en respuesta a los cambios en la actividad solar y el viento solar . ^{[ 2 ]}

Los objetivos científicos generales de la misión eran: ^{[ 2 ]}

• Descubra qué procesos, individualmente o en combinación, aceleran y transportan las partículas en el cinturón de radiación, y bajo qué condiciones.
• Comprender y cuantificar la pérdida de electrones de los cinturones de radiación.
• Determinar el equilibrio entre los procesos que provocan la aceleración de electrones y aquellos que provocan pérdidas.
• Comprender cómo cambian los cinturones de radiación en el contexto de las tormentas geomagnéticas .

En mayo de 2016, el equipo de investigación publicó sus hallazgos iniciales, afirmando que la corriente anular que rodea la Tierra se comporta de una manera muy diferente a como se entendía anteriormente. ^{[ 15 ]} La corriente anular se encuentra aproximadamente a 10 000 a 60 000 kilómetros (6200 a 37 000 millas) de la Tierra. Las variaciones de la corriente eléctrica representan la dinámica únicamente de los protones de baja energía. Los datos indican que existe una corriente anular sustancial y persistente alrededor de la Tierra incluso en tiempos sin tormentas, transportada por protones de alta energía. Durante las tormentas geomagnéticas, el aumento de la corriente anular se debe a la entrada de nuevos protones de baja energía en la región cercana a la Tierra. ^{[ 15 ] [ 16 ]} 

Las sondas Van Allen consistían en dos naves espaciales estabilizadas por rotación que se lanzaron con un único cohete Atlas V. Las dos sondas debían operar en las duras condiciones que estudiaban; mientras que otros satélites tienen la ventaja de apagarse o protegerse en medio de un clima espacial intenso, las sondas Van Allen debían continuar recopilando datos. Por lo tanto, las sondas se construyeron para soportar el bombardeo constante de partículas y radiación al que estarían expuestas en esta zona extrema del espacio. ^{[ 2 ]}

Instrumentos

Dado que era vital que las dos naves realizaran mediciones idénticas para observar los cambios en los cinturones de radiación a través del espacio y el tiempo, cada sonda llevaba los siguientes instrumentos:

1. Conjunto de instrumentos de partículas energéticas, composición y plasma térmico (ECT); ^{[ 18 ]} El investigador principal es Harlan Spence de la Universidad de New Hampshire . ^{[ 19 ]} Los socios clave en esta investigación son LANL , Southwest Research Institute , Aerospace Corporation y LASP.
2. Conjunto de instrumentos de campo eléctrico y magnético y ciencia integrada (EMFISIS); ^{[ 20 ]} El investigador principal es Craig Kletzing de la Universidad de Iowa .
3. Instrumento de Campo Eléctrico y Ondas (EFW); el investigador principal es John Wygant de la Universidad de Minnesota . Entre los principales colaboradores de esta investigación se encuentran la Universidad de California en Berkeley y la Universidad de Colorado en Boulder.
4. El experimento RBSPICE (Radiation Belt Storm Probes Ion Composition Experiment) tiene como investigador principal a Louis J. Lanzerotti del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey . Entre los socios clave se encuentran el Laboratorio de Física Aplicada y Fundamental Technologies, LLC.
5. Espectrómetro de protones relativistas (RPS) de la Oficina Nacional de Reconocimiento

• Conjunto de globos para la detección de pérdidas de electrones relativistas en el RBSP (BARREL)
• Cassini
• Clúster II (nave espacial)
• Heliofísica
• Observatorio de Dinámica Solar
• Observatorio Solar y Heliosférico
• STEREO (Observatorio de Relaciones Sol-Terrestres)
• CRONOMETRADO (nave espacial)
• VIENTO (nave espacial)

• Sitio web de las sondas Van Allen en NASA.gov
• Sitio web de las sondas Van Allen en la Universidad Johns Hopkins.
• Página web de las sondas Van Allen archivada el 20 de noviembre de 2012 en Wayback Machine en NASAtech.net